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1、智能交通诱导系统的建设架构辽宁中海世纪科技开发有限公司 软件开发部2010年 11月6日城市交通诱导系统是提升城市道路交通效率的重要手段。本文首 先给出了交通诱导的框架体系模型，然后对其上端系统进行了详细的 需求分析，根据数据发生、采集、处理的流程，设计了系统的数据流 程模型，并据此对其软件、硬件系统模块进行了设计。所谓交通诱导系统，是通过相关高新技术（如GIS、GPS、导航 和现代无线通信技术等）的集成，有效地引导车辆运行，减少车辆的 旅行时间，并最终实现交通量在整个路网中均衡分配的技术手段。其 作用主要表现在以下两个方面：其一，为驾驶员提供实时的路线引导，从而避免迷路和错误驾驶， 并降低交
2、通事故率；其二，根据用户的出行目的地，向其提供优化的路线信息，从而 极大地方便出行者。这对于交通诱导系统的效率提出了较高的要求，特别是信息采 集、处理和发布的实时性和有效性。前者是由信号检测系统实现的， 而后两者则依靠完整、高效的上端系统。一、系统需求分析1. 功能需求通常情况下，交通诱导系统的功能需求包括如下几点：以重点道路为中心，实现显示屏信息的连续性发布，能够达到 对车流的有效诱导；根据道路的不同等级、不同状况，将城市交通 诱导分为快速路诱导控制、城市主干路诱导控制、高速公路诱导控制 等；使路网达到用户最优和系统最优之间的均衡；采用统一的接 口实时采集交通数据，并保证数据的完整性、安全性
3、和正确性；使 用恰当的模型和算法分析和处理交通数据，以确保发布信息的准确性 和有效性；系统应该具备用户权限管理、防黑客入侵、防病毒、数 据的安全性管理、数据网络备份等功能以保证系统安全和稳定。2. 技术需求 要满足上述功能要求，需提供一系列技术保障。所涉及到的技术 包括信息采集、信息发布以及信息传输等。信息采集技术，主要通过电感线圈检测技术、视频检测技术以 及微波检测技术来实现对原始交通数据信息的采集。信息发布技 术，主要通过交通诱导室外显示屏实现对实时路况信息的发布，辅助 以广播电视台发布实时信息。通信传输技术，根据显示屏的类型以 及安放位置的不同，采用不同的通信传输技术，主要包括：光纤通信
4、、 与当地有线电视复用通信网络以及无线通信方式等。3. 设备需求上端控制系统的服务器由一台主服务器、一台控制服务器和若干 操作管理终端组成。上端系统设备还包括数据库、通信设备、综合接 入设备等。其中主服务器接收实时传来的原始数据，在主服务器上运 行有数据分析处理应用程序，对原始数据进行分析处理，生成交通诱 导信息。控制服务器与通信设备和综合介入设备相连，向室外显示屏 发送诱导信息，实时控制显示屏的发布内容。操作管理终端上显示各 路段实时的道路状况以及各个检测器的工作状态，还可以根据实时的 人工采集信息对自动发布的信息进行必要的修改和增减工作。下端系统中主要的设备需求是室外显示屏以及显示屏本地的
5、通 信设备等。二、系统数据流设计 为了满足交通诱导系统以上的功能需求，设计了如图1 所示针对 交通诱导系统的数据处理流图：从原始数据到发布于显示屏上的信息，数据的处理过程分为三个 层次，分别是数据层、处理层和显示层。1.数据层 数据层的主要作用是接收交通检测系统传递过来的原始数据并 对这些原始数据进行校验解包并进行预处理。交通检测的原始数据主要来自于以下的检测系统。 线圈检测系统：即信号系统。此系统除了能够检测交通流量外， 同时可以计算道路平均车速与占有率等数据；视频检测系统：即牌照识别系统。此系统采集路段上游车辆的牌 照，并在下游捕捉检测数据。根据视频检测系统传递过来的数据，可 以计算出这一
6、路段的平均旅行时间，进而得到车辆的平均行驶速度；微波传感器检测系统：即快速路检测系统。此系统可以远程采集 并传递断面交通流数据；其他系统：包括122 报警系统、110接警系统等。在 122 报警系统、110 接警系统中，交通原始数据的来源一般是 报警电话和交警报告等，所以交通数据需要人工录入到诱导系统数据 库中。交通诱导系统数据库包含以下几个子数据库。交通数据库：存储从各个交通采集系统传输来的交通原始信息， 以待数据处理模块调用；交通状态信息库：存储经过处理模块处理过的交通状态信息，以 待诱导信息生成模块调用；数据处理模型库：存放处理交通状态信息时所应用到的各种模 型；预案库：属于专家系统的一
7、部分。存放针对实时交通状况所应对 的预案；交通诱导信息库：存储各时段各个显示屏所发布的诱导信息。2.处理层处理层的细化数据流如图2 所示：在处理层中，首先将从交通数据库中调用的原始数据进行滤波处 理，剔除不在设定范围内的数据（如车速为负或者在某一极限值之上 的数据），获取有效数据。原始数据的剔除主要使用滤波算法，如卡 尔曼滤波，维纳滤波等。在得到有效数据后，要对其进行状态聚类，即做状态分级，此时 需要调用数据处理模型库中的相关模型与算法进行处理，这里用到的 是模糊聚类或小波分析等匹配算法。最后根据针对不同等级的道路进行状态预测，调用模型库中的预 测模型（包括神经网络、时间序列模型、非参数回归模
8、型等）得到交 通状况信息。交通状态信息需要经过人工确认，以确保状态信息的可 靠性。最后经过人工确认的交通状态信息存入系统交通状态信息库。3.显示层 显示层主要对交通状态信息进行处理，形成交通诱导信息。 交通诱导信息的生成通过两个渠道：一方面调用信息库中的交通 状态信息，通过交通诱导相关性分析模型，得到诱导信息的发布延伸 范围和时效性参数，然后通过预案库，生成诱导信息。另一方面，如 果需要人工输入的信息 （比如交通管制信息，勤务信息或宣传信息 等），则由指挥人员进行人工编辑，生成节目单后，结合系统数据库 中的预案库，与上述诱导信息一起，生成诱导信息节目单，传给诱导 系统的控制服务器。控制服务器接
9、收到节目单后，对其进行合成，发送控制指令到相 应的诱导显示屏，最终实现诱导信息的有效显示。三、系统软件模块设计根据以上数据流分析，以功能系统的划分原则为依据，可将系统 分为 5 个子模块：系统管理软件模块、通讯管理软件模块、维护管理 模块、接口转换软件模块、显示控制软件模块，下面分别对这些模块 进行设计。1. 系统管理软件模块设计 系统管理软件模块运行在应用服务器上，实现对整个诱导系统的 集中式管理，具体功能如下：管理系统内所有设备（室外显示屏、 控制计算机），包括安装位置（相对于显示用的背景地图）、设备名称、 计算机网络地址、室外显示屏大小类型、设备连接关系、所属机构名 称等信息；管理系统内
10、所有用户，包括用户名称、登录口令、所属 部门名称、控制权限等信息；管理整个系统的所有日志记录，包括 系统中所有计算机上有关软件的登录/退出记录、室外显示屏显示内 容的发布记录等信息。能查询、打印日志纪录。2. 通讯管理软件模块设计 通讯管理模块实现与室外显示屏通讯的命令、状态缓冲和协议转换功能，具体如下：所有对室外显示屏的操作均通过通讯管理模块 实现；实时显示室外显示屏的通讯状态和工作状态；自动重发功 能，在显示屏发生故障造成信息丢失的情况下，待显示屏故障修复后， 可自动将缓存的显示信息重发到显示屏，保证控制中心与室外显示屏 之间通讯的准确性；记录、查询室外显示屏故障和通讯故障；网 络数据传输
11、，自动从主服务器取得设备信息，自动向主服务器传送有 关日志信息。在本地缓存设备和用户信息，以便在与主服务器通讯中 断时使用。与主服务器通讯中断时，在本地缓存日志信息，待中断恢 复后能自动将缓存的日志送到主服务器。3. 维护管理软件模块设计 维护管理软件模块分别运行在应用服务器，数据库服务器和控制服务器上，主要管理三层工作状态，若发现异常则采取分级报警。上端的维护：主要包括数据库、服务器的维护。数据库维护的功 能是实现数据库的备份、恢复和优化。服务器维护可以分为硬件维护 和软件维护两种情况：硬件维护包括增加和卸载设备（主要指增加内 存和硬盘容量）、更换设备以及设备除尘、防火防潮等工作。软件维 护
12、包括操作系统、网络服务、数据库、用户数据等各方面的维护。通讯系统的维护：主要指对光纤、交换机等通讯设备的维护。 下端的维护：包括对显示屏的亮度、故障报警、开门报警、供电 等工作状态的监测和维护。4. 接口转换软件模块设计接口转换软件模块运行在主服务器上，为后台运行软件，用于与 其它系统的连接。对于与不同的系统的连接使用不同的接口转换模 块。接口转换模块从通讯管理软件读取显示屏的工作状态并将其送 到其它系统，从其它系统接收对显示屏的控制命令，转发给相应的通 讯管理软件。5. 显示控制软件模块设计显示控制模块运行在控制终端上，管理并解释节目单，实现信息 发布的人机界面，具体如下：提供设置室外显示屏
13、的通用显示信息 的功能；提供室外显示屏人工诱导信息发布功能；提供定时自动 发布人工诱导信息的功能；以地图方式显示室外显示屏状态；保 证只有通过系统管理模块授权的用户才能有权修改和发布信息；可 在屏幕上实时跟踪显示室外显示屏的当前显示内容和工作状态;提 供显示信息编辑、修改管理功能。显示信息编辑可以使用系统支持的 所有字型的文字和图形。1) 小型可变情报板小型可变情报板属智能外场设备，它能根据交通、天气及指挥调 度部门的指令急时显示文字信息，如：施工地段、谨慎驾驶、注意安 全、强风、浓雾等警示标语及简单图形，从而让驾驶人员提前了解道 路状况，避免交通阻塞，减少交通事故发生。同时还可根据路面实际
14、情况通过监控中心来显示限速值，从而有效地对交通流进行诱导，提 高路网的交通运输能力 。系统结构：小型可变情报板系统由显示屏、控制器及其内置控制软件、机箱、 框架、立柱、电器保护和防雷装置、安装连接件、成对调制解调器、 安装所需的电力电缆及信号电缆工程等组成。2) 大型可变情报板大型可变情报板作为智能交通系统(ITS)的重要信息发布设备， 由监控中心计算机通过综合通信网实行远程控制，传送并显示各种图 文信息。向司机急时发布不同路段的不同路而情况及各类交通信息， 并进行交通法规、交通知识的宣传，从而有效疏导交通，促进行车安 全。系统结构：大型可变情报板是以交通部颁布的高速公路LED可变信息标 志技术条件为蓝本而设计。由显示屏、控制器及内置控制软件、机 箱、框架、电器保护和防雷装置、基础、安装连接件、成对调制解调 器、安装所需的电力电缆及信号电缆工程等组成。3) LED 情报板系统应用拓扑图 LED情报板系统应用拓扑图说明：在高速公路上屏控制距离大于2km,我们选用光纤以太网传输通讯信号，小于2km使用RS485总线连接方式 。4）系统信号流程图
